电解池金属的腐蚀与防护（课件）高考化学一轮复习课件讲义习题

第3讲

电解池金属的腐蚀与防护化学虫子工作室荣誉出品第六章

化学反应与能量考点一电解原理及规律考点二电解原理在工业生产中的应用考点三金属的腐蚀与防护链接高考本节目录1.电解和电解池(1)电解:使

通过电解质溶液(或熔融电解质)而在阳极、阴极引起

反应的过程。

(2)电解池:将

转化为

的装置。

2.电解池的构成条件电流氧化还原电能

考点一电解原理及规律3.电解池工作原理(1)电极(2)电子和离子的移动方向

负极得到

(3)电解CuCl2溶液(惰性电极)电解总反应的化学方程式:

。

[微点拨1]电解时,在外电路中有电子通过,而在溶液中是依靠离子定向移动形成电流,即电子本身不会通过电解质溶液。阴极还原Cu2++2e-=Cu阳极氧化2Cl--2e-

=Cl2↑CuCl2

Cu+Cl2↑4.电解规律(1)阳极产物的判断①活性电极(除Au、Pt外的金属)作阳极,则活性电极

电子,发生

反应。

②惰性电极(Pt、石墨等)作阳极,要依据阴离子的放电顺序判断。阴离子的放电顺序如下:失去氧化

(2)阴极产物的判断不考虑电极材料,直接根据溶液中阳离子的放电顺序进行判断。阳离子的放电顺序如下:[微点拨3]①阳离子的放电顺序遵循氧化还原反应的“先后规律”,前提条件是各种离子的浓度相差不大。②金属阳离子(除Fe3+)放电,则得到相应的金属,H+放电则得到H2;Fe3+放电一般转化为Fe2+。5.以惰性电极电解电解质溶液的四种类型类型实例电极反应特点电解质浓度pH电解质溶液复原电解水型NaOH溶液阴极:2H2O+2e-

=H2↑+2OH-阳极:4OH--4e-

=2H2O+O2↑增大增大加水H2SO4溶液阴极:2H++2e-

=H2↑阳极:2H2O-4e-

=4H++O2↑增大减小Na2SO4溶液阴极:2H2O+2e-

=2OH-+H2↑阳极:2H2O-4e-

=4H++O2↑增大不变类型实例电极反应特点电解质浓度pH电解质溶液复原电解电解质型HCl溶液电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电减小增大通氯化氢CuCl2溶液减小—加氯化铜放H2生碱型NaCl溶液阴极:H2O放H2生碱阳极:电解质阴离子放电生成新电解质增大通氯化氢放O2生酸型CuSO4溶液阴极:电解质阳离子放电阳极:H2O放O2生酸生成新电解质减小加氧化铜(1)原电池的正极和电解池的阳极均发生氧化反应(

)(2)电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程 (

)(3)电解CuCl2溶液,阴极逸出的气体能够使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝(

)(4)电解盐酸、硫酸溶液等,H+放电,溶液的pH逐渐增大(

)×[解析]Cl2在阳极生成。×[解析]电解盐酸,pH变大;电解硫酸溶液,实际是电解水,pH变小。√×[解析]电子不能通过溶液。×(5)用Cu作电极电解盐酸可发生Cu+2H+

Cu2++H2↑(

)(6)电解池工作时电子从电源的负极流出,流入阴极通过溶液到阳极,然后从阳极流出,流回电源正极(

)√基础知识秒杀(正确的打“√”,错误的打“×”)2.[2022·广东广州模拟]某学生设计了一种家用消毒液发生器,装置如图所示。下列说法错误的是(

)A.该消毒液的有效成分是NaClOB.通电时Cl-发生氧化反应C.通电时电子从阳极经食盐溶液流向阴极D.该装置的优点是随制随用C[解析]电解食盐溶液会生成氯气、氢气和氢氧化钠,氯气与氢氧化钠反应生成次氯酸钠,故有效成分是次氯酸钠,A正确;通电时Cl-发生氧化反应生成氯气,Cl元素的化合价由-1价变为0价,B正确;溶液中只有阴、阳离子,没有电子,电子不能经过电解质溶液,C错误;该装置的优点是随制随用,以防旧制的次氯酸钠分解失效,D正确。[核心素养提升]

判断电解池的阴极和阳极的方法[方法点拨]电解池中电极产物的判断和电极反应式的书写1.电解饱和食盐水——氯碱工业(1)电极反应阳极反应式:

(氧化反应);

阴极反应式:

(还原反应);

总反应方程式:

。

(2)阳离子交换膜的作用①只允许

通过,能阻止阴离子和Cl2通过,防止发生副反应:

;

②防止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合,发生爆炸。2Cl--2e-

=Cl2↑2H2O+2e-

=H2↑+2OH-2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑阳离子2NaOH+Cl2

=NaCl+NaClO+H2O考点二电解原理在工业生产中的应用2.

电镀与电解精炼铜

电镀电解精炼铜概念电镀是一种利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的加工工艺运用电解的方法将粗铜提炼为纯铜主要目的使金属增强抗腐蚀能力、增加表面硬度和美观将粗铜提炼为纯铜示意图

电镀电解精炼铜构成条件阳极

金属

阴极

金属

电解液含

金属阳离子CuSO4溶液电极反应阳极

Zn-2e-

=Zn2+,Cu-2e-

=Cu2+

(比铜活泼的金属杂质以

形式残留在溶液中,比铜不活泼的金属杂质形成

)

阴极

电解质溶液的浓度变化

CuSO4溶液的浓度

CuSO4溶液的浓度

镀层粗铜待镀纯铜镀层Cu-2e-

=Cu2+阳离子阳极泥Cu2++2e-=CuCu2++2e-

=Cu不变减小3.

电冶金利用电解熔融盐(或氧化物)的方法来冶炼活泼金属,如Na、Ca、Mg、Al等。

电解总反应电极反应式冶炼钠

阳极:

阴极:2Na++2e-

=2Na冶炼镁

阳极:2Cl--2e-

=Cl2↑阴极:

冶炼铝

阳极:

阴极:4Al3++12e-

=4Al2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑2Cl--2e-

=Cl2↑MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑Mg2++2e-

=Mg2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑6O2--12e-

=3O2↑[解析]MgO熔点很高,一般不用来冶炼Mg;而AlCl3为共价化合物,不存在离子,无法电解。(1)在镀件上电镀铜时,也可以用惰性材料作阳极,用硫酸铜溶液作电解液

(

)(2)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3,也可电解MgO和AlCl3(

)(3)若把Cu+H2SO4

=CuSO4+H2↑设计成电解池,应用Cu作阳极(

)(4)电镀铜和电解精炼铜时,电解质溶液中c(Cu2+)均保持不变(

)√×√×[解析]电解精炼铜时电解质溶液中c(Cu2+)减小。(5)阳离子交换膜(以电解NaCl溶液为例)只允许阳离子(Na+、H+)通过,而阻止阴离子(Cl-、OH-)和分子(Cl2)通过(

)(6)用Zn作阳极,Fe作阴极,ZnCl2溶液作电解质溶液,由于放电顺序H+>Zn2+,不可能在铁上镀锌(

)√×基础知识秒杀(正确的打“√”,错误的打“×”)2.粗铜的电解精炼如图所示。(1)在粗铜的精炼过程中,粗铜板应是图中电极

(填图中的字母);在电极d上发生的电极反应式为

。

(2)若粗铜中还含有Au、Ag、Fe,则阳极的电极反应式为

,

粗铜中的Au、Ag的存在形式和位置为

,

溶液中c(Cu2+)

(填“变大”“变小”或“不变”)。

cCu2++2e-

=CuFe-2e-=Fe2+、Cu-2e-

=Cu2+Au、Ag以单质的形式沉积在c电极的下方,形成阳极泥变小[核心素养提升]电化学综合计算的三种常用方法(1)根据总反应式计算先写出电极反应式,再写出总反应式,最后根据总反应式列出比例关系进行计算。(2)根据电子守恒计算①用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算,其依据是电路中转移的电子数相等。②用于混合溶液中电解的分阶段计算。

金属腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀条件金属与其表面接触的一些物质直接反应不纯金属与电解质溶液接触会发生

反应

区别

电流产生

微弱电流产生

实质与联系

①实质都是

失去电子被氧化而损耗;

②化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生,但

更普遍、危害性更大、腐蚀速率更快

1.

金属腐蚀的本质金属原子

变为金属阳离子,金属发生

反应。

2.金属腐蚀的类型(1)化学腐蚀和电化学腐蚀的比较失去电子氧化原电池无有金属原子电化学腐蚀考点三

金属的腐蚀与防护(2)钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀类型析氢腐蚀吸氧腐蚀水膜性质

负极反应

正极反应

总反应

其他反应及产物

4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3

2Fe(OH)3

=Fe2O3·xH2O+

(3-x)H2O普遍性

更普遍

酸性酸性很弱或呈中性Fe-2e-

=Fe2+2H++2e-

=H2↑2H2O+O2+4e-

=4OH-Fe+2H+

=Fe2++H2↑2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2吸氧腐蚀3.

金属的防护(1)电化学防护法

牺牲阳极法外加电流法原理利用

原理,通常在被保护的钢铁设备(如锅炉的内壁、船舶的外壳等)上安装若干镁合金或

利用

原理,把被保护的钢铁设备(如钢闸门)作为

,用惰性电极作为辅助阳极,两者均放在电解质溶液(如海水)里,外接直流电源

图示原电池锌块电解阴极

牺牲阳极法外加电流法分析发生腐蚀时,作为

的钢铁设备被保护起来

调整外加电压,强制电子流向被保护的钢铁设备,使钢铁表面腐蚀电流降至零或接近零,钢铁设备被迫成为

而受到保护

正极阴极(2)改变金属材料的组成,如制成合金、不锈钢等。(3)加防护层,如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。(1)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物(

)(2)铜在酸性较强的溶液中也可发生析氢腐蚀(

)××(3)在金属表面覆盖保护层,若保护层破损后,就完全失去了对金属的保护作用(

)×[解析]铜在潮湿的空气中腐蚀生成铜绿[Cu2(OH)2CO3]。[解析]铜与H+不反应。[解析]若在铁器上镀锌,则保护层破损后,锌仍对铁有保护作用。[解析]被保护金属应与电源负极相连。(5)外加电流法是将被保护金属接在直流电源的正极(

)(4)在潮湿空气中,钢铁表面形成水膜,金属发生的一定是吸氧腐蚀(

)×[解析]若水膜酸性较强,可发生析氢腐蚀。×基础知识秒杀(正确的打“√”,错误的打“×”)2.研究海水中金属桥墩的腐蚀及防护是桥梁建设的重要课题。下列有关说法错误的是 (

)A.桥墩的腐蚀主要是析氢腐蚀B.钢铁桥墩在海水中比在河水中腐蚀更快C.图甲辅助电极的材料可以为石墨D.图乙钢铁桥墩上发生的反应是O2+2H2O+4e-

=4OH-A[解析]海水呈弱碱性,桥墩在海水中主要发生吸氧腐蚀,A错误;海水中电解质含量高于河水,因此钢铁桥墩在海水中比在河水中腐蚀更快,B正确;图甲是外加电流法,钢铁桥墩与电源的负极相连,辅助电极可以是石墨或金属,C正确;图乙是牺牲阳极法,辅助电极是比铁更活泼的金属,钢铁桥墩作正极,发生吸氧腐蚀,电极反应式为O2+2H2O+4e-

=4OH-,D正确。[学科能力提升]判断金属腐蚀快慢的规律(1)对同一电解质溶液来说,腐蚀速率的快慢电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防腐措施的腐蚀。(2)对同一金属来说,在不同溶液中腐蚀速率的快慢强电解质溶液中>弱电解质溶液中>非电解质溶液中。(3)活动性不同的两种金属,活动性差别越大,腐蚀速率越快。(4)对同一种电解质溶液来说,电解质溶液浓度越大,金属腐蚀速率越快。1.[2022·湖北卷]含磷有机物应用广泛。电解法可实现由白磷直接制备Li[P(CN)2],过程如图所示(Me为甲基)。下列说法正确的是(

)A.生成1molLi[P(CN)2],理论上外电路需要转移2mol电子B.阴极上的电极反应为P4+8CN--4e-

=4[P(CN)2]-C.在电解过程中CN-向铂电极移动D.电解产生的H2中的氢元素来自于LiOHD链接高考[解析]P4→Li[P(CN)2],P元素的化合价升高,发生氧化反应,所以石墨电极为阳极,对应的电极反应式为P4+8CN--4e-

=4[P(CN)2]-,则生成1molLi[P(CN)2],理论上外电路需要转移1mol电子,A错误;阴极上得电子发生还原反应,对应的电极反应式为2HCN+2e-

=H2↑+2CN-,B错误;电解过程中,CN-应该向阳极移动,即移向石墨电极,C错误;由图示可知HCN在阴极放电,产生CN-和H2,而HCN中的H来自LiOH,则电解产生的H2中的氢元素来自LiOH,D正确。2.[2022·浙江卷]通过电解废旧锂电池中的LiMn2O4可获得难溶性的Li2CO3和MnO2,电解示意图如下(其中滤布的作用是阻挡固体颗粒,但离子可自由通过。电解过程中溶液的体积变化忽略不计)。下列说法不正确的是(

)A.电极A为阴极,发生还原反应B.电极B的电极反应:2H2O+Mn2+-2e-

=MnO2+4H+C.电解一段时间后溶液中Mn2+浓度保持不变D.电解结束,可通过调节pH除去Mn2+,再加入Na2CO3溶液以获得Li2CO3C[解析]电极B上Mn2+转化为MnO2,锰元素化合价升高,失电子,则电极B为阳极,电极A为阴极,阴极得电子,发生还原反应,A正确;电极B上Mn2+失电子转化为MnO2,电极反应式为2H2O+Mn2+-2e-

=MnO2+4H+,B正确;电极A为阴极,LiMn2O4得电子,电极反应式为2LiMn2O4+6e-+16H+

=2Li++4Mn2++8H2O,依据得失电子守恒,电解池总反应为2LiMn2O4+4H+

=2Li++Mn2++3MnO2+2H2O,反应生成了Mn2+,电解过程中Mn2+浓度逐渐增大,C错误;通过调节溶液pH将Mn2+转化为Mn(OH)2沉淀除去,再加入Na2CO3溶液,将Li+转化为Li2CO3,D正确。3.[2022·广东卷]为检验牺牲阳极的阴极保护法对钢铁防腐的效果,将镀层有破损的镀锌铁片放入酸化的3%NaCl溶液中。一段时间后,取溶液分别实验,能说明铁片没有被腐蚀的是(

)A.加入AgNO3溶液产生沉淀B.加入淀粉碘化钾溶液无蓝色出现C.加入KSCN溶液无红色出现D.加入K3[Fe(CN)6]溶液无蓝色沉淀生成D[解析]将镀层有破损的镀锌铁片放入酸化的3%NaCl溶液中,会构成原电池,由于锌比铁活泼,所以锌作原电池的负极,而铁作正极,溶液中破损的位置会变大,当锌反应完,铁也会和酸化的氯化钠溶液反应产生氢气,溶液中会有亚铁离子生成。氯化钠溶液中始终存在氯离子,所以加入硝酸银溶液后,不管铁片是否被腐蚀,均会出现白色沉淀,故A不符合题意;淀粉碘化钾溶液可检测氧化性物质,但不论铁片是否被腐蚀,均无氧化性物质可与碘化钾发生反应,故B不符合题意;KSCN